三相同步發(fā)電機的運行特性實驗

三相同步發(fā)電機的運行特性實驗-實驗目的:
    1、用實驗方法測量同步發(fā)電機在對稱負載下的運行特性。
    2、由實驗數據計算同步發(fā)電機在對稱運行時的穩(wěn)態(tài)參數。
二、預習要點:
    1、同步發(fā)電機在對稱負載下有哪些基本特性？
    2、這些基本特性各在什么情況下測得？
    3、怎樣用實驗數據計算對稱運行時的穩(wěn)態(tài)參數？
三、三相同步發(fā)電機的運行特性實驗項目:
    1、測定電樞繞組實際冷態(tài)直流電阻。
    2、空載實驗：在n=n_N、I=0的條件下，測取空載特性曲線U₀=f(I_f)。
    3、三相短路實驗：在n=n_N、U=0的條件下，測取三相短路特性曲線I_K=f(I_f)。
    4、純電感負載特性：在n=n_N、I=I_N、cosφ≈0的條件下，測取純電感負載特性曲線。
5、外特性：在n=n_N、I_f=常數、cosφ=1和cosφ=0.8(滯后)的條件下，測取外特性曲線U=f(I)。
    6、調節(jié)特性：在n=n_N、U=U_N、cosφ=1的條件下，測取調節(jié)特性曲線I_f=f(I)。
四、實驗方法:
    1、實驗設備

序 號	型 號	名             稱	數 量
1	DQ03-1	導軌、測速系統(tǒng)及轉速表	1件
2	DQ19	校正直流測功機	1件
3	DQ14	三相同步電機	1件
4	DQ44	數/模交流電流表	1件
5	DQ45	數/模交流電壓表	1件
6	DQ25	智能型功率、功率因數表	1件
7	DQ22	直流數字電壓、毫安、安培表	1件
8	DQ26	三相可調電阻器	1件
9	DQ27	三相可調電阻器	1件
10	DQ28	三相可調電抗器	1件
11	DQ29	可調電阻器、電容器	1件
12	DQ31	波形測試及開關板	1件
13	DQ32	旋轉燈、并網開關、同步機勵磁電源	1件

    2、屏上掛件排列順序
      DQ29、DQ45、DQ44、DQ25、DQ32、DQ22、DQ31、DQ26、DQ27、DQ28
    3、測定電樞繞組實際冷態(tài)直流電阻
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。
被試電機為三相同步電機，選用DQ14。作為同步發(fā)電機使用時P_N(W)=170W，U_N(V)=220（Y），I_N(A)= 0.45A， n_N(r/min)= 1500，U_fN（V）=14V，I_fN（A）=1.2A，絕緣等級E級。
    測量與計算方法參見實驗4-1。記錄室溫。測量數據記錄于表1中。 
 表1                                     室溫       ℃

	繞 組 Ⅰ			繞 組 Ⅱ			繞 組 Ⅲ
I（mA）
U（V）
R（Ω）

 
                                     圖1 三相同步發(fā)電機實驗接線圖
4、空載實驗
(1) 按圖5-1接線，校正直流測功機ＭＧ按他勵方式聯接，用作電動機拖動三相同步發(fā)電機ＧＳ旋轉，ＧＳ的定子繞組為Y形接法(U_N=220V)。R_f2用DQ26組件上的90Ω與90Ω串聯加上90Ω與90Ω并聯共225Ω阻值，R_st用DQ29 上的180Ω電阻值，R_f1用DQ29上的1800Ω電阻值。開關S₁，S₂選用DQ31掛箱。當掛件沒有地方掛時DQ28與DQ27根據實驗內容輪流放置。
    (2) 調節(jié)DQ32上的同步勵磁電源（調到約14V）串接的R_f2至最大位置。調節(jié)MG的電樞串聯電阻R_st至最大值，MG的勵磁調節(jié)電阻R_f1至最小值。開關S₁、S₂均斷開。將控制屏左側調壓器旋鈕向逆時針方向旋轉退到零位，檢查控制屏上的電源總開關、電樞電源開關及勵磁電源開關都須在“關”斷的位置，作好實驗開機準備。
    (3) 接通控制屏上的電源總開關，按下“啟動”按鈕,接通勵磁電源開關，看到電流表A₂有勵磁電流指示后，再接通控制屏上的電樞電源開關,起動MG。MG起動運行正常后, 把R_st調至最小，調節(jié)R_f1使MG轉速達到同步發(fā)電機的額定轉速1500 r/min并保持恒定。
    (4) 接通GS勵磁電源，調節(jié)GS勵磁電流(必須單方向調節(jié))，使I_f單方向遞增至GS輸出電壓U₀≈1.3U_N為止。
    (5) 單方向減小GS勵磁電流，使I_f單方向減至零值為止，讀取勵磁電流I_f和相應的空載電壓U₀。
(6) 共取數據7～9組并記錄于表5-2中。
表2             n=n_N=1500r/min                I=0

序 號
U0（V）
If（A）

  在用實驗方法測定同步發(fā)電機的空載特性時，由于轉子磁路中剩磁情況的不同，當單方向改變勵磁電流I_f從零到某一最大值，再反過來由此最大值減小到零時將得到上升和下降的二條不同曲線,如圖2。二條曲線的出現，反映鐵磁材料中的磁滯現象。測定參數時使用下降曲線，其最高點取U₀≈1.3U_N，如剩磁電壓較高，可延伸曲線的直線部分使與橫軸相交，則交點的橫座標絕對值Δi_f0應作為校正量，在所有試驗測得的勵磁電流數據上加上此值，即得通過原點之校正曲線，如圖3所示。
    注意事項：
    (1) 轉速要保持恒定。
    (2) 在額定電壓附近測量點相應多些。
   
               圖2上升和下降二條空載特性                             圖3校正過的下降空載特性
5、三相短路試驗
    (1) 調節(jié)ＧＳ的勵磁電源串接的R_f2至最大值。調節(jié)電機轉速為額定轉速1500r/min，且保持恒定。
(2) 接通GS的勵磁電源（調到約14V左右），調節(jié)R_f2使GS輸出的三相線電壓(即三只電壓表V的讀數)最小，然后把GS輸出三端點短接，即把三只電流表輸出端短接。
    (3) 調節(jié)GS的勵磁電流I_f使其定子電流I_K=1.2I_N，讀取GS的勵磁電流值I_f和相應的定子電流值I_K。
    (4) 減小GS的勵磁電流使定子電流減小，直至勵磁電流為零，讀取勵磁電流I_f和相應的定子電流I_K。
    (5) 共取數據5～6組并記錄于表5-3中。
     表5-3     U=0V；     n＝n_N=1500r/min

序  號
IK（A）
If （A）

   6、純電感負載特性
    (1) 調節(jié)ＧＳ的R_f2至最大值，調節(jié)可變電抗器使其阻抗達到最大。同時拔掉ＧＳ輸出三端點的短接線。
    (2) 按他勵直流電動機的起動步驟(電樞串聯全值起動電阻R_st，先接通勵磁電源，后接通電樞電源)起動直流電機ＭＧ，調節(jié)ＭＧ的轉速達1500 r/min且保持恒定。合上開關S₂，電機GS帶純電感負載運行。
    (3) 調節(jié)R_f2和可變電抗器使同步發(fā)電機端電壓接近于1.1倍額定電壓且電流為額定電流，讀取端電壓值和勵磁電流值。
    (4) 每次調節(jié)勵磁電流使電機端電壓減小且調節(jié)可變電抗器使定子電流值保持恒定為額定電流。讀取端電壓和相應的勵磁電流。
    (5) 取幾組數據并記錄于表5-4中。
          表5-4        n＝n_N=1500r/min      I=I_N=      A

U（V）
If（A）

   7、測同步發(fā)電機在純電阻負載時的外特性
    (1) 把三相可變電阻器R_L接成三相Y接法，每相用DQ27組件上的900Ω與900Ω串聯，調節(jié)其阻值為最大值。
    (2) 按他勵直流電動機的起動步驟起動MG，調節(jié)電機轉速達同步發(fā)電機額定轉速1500 r/min，而且保持轉速恒定。
    (3)斷開開關S₂，合上S₁，電機GS帶三相純電阻負載運行。
(4) 接通24V勵磁電源，調節(jié)R_f2和負載電阻R_L使同步發(fā)電機的端電壓達額定值220伏且負載電流亦達額定值。
    (5) 保持這時的同步發(fā)電機勵磁電流I_f恒定不變，調節(jié)負載電阻R_L，測同步發(fā)電機端電壓和相應的平衡負載電流，直至負載電流減小到零，測出整條外特性。
    (6) 共取數據5～6組并記錄于表5-5中。
        表5-5   n＝n_N=1500r/min    I_f=    A      cosφ=1

U（V）

I（mA）

    8、測同步發(fā)電機在負載功率因數為0.8時的外特性
    (1) 在圖5-1中接入功率因數表，調節(jié)可變負載電阻使阻值達最大，調節(jié)可變電抗器使電抗值達最大值。
    (2) 調節(jié)R_f2至最大值，起動直流電機并調節(jié)電機轉速至同步發(fā)電機額定轉速1500轉/分，且保持轉速恒定。合上開關S₁，S₂。把R_L和X_L并聯使用作電機GS的負載。
    (3) 接通14V勵磁電源，調節(jié)R_f2、負載電阻R_L及可變電抗器X_L，使同步發(fā)電機的端電壓達額定值220伏，負載電流達額定值及功率因數為0.8。
    (4) 保持這時的同步發(fā)電機勵磁電流I_f恒定不變，調節(jié)負載電阻R_L和可變電抗器X_L使負載電流改變而功率因數保持不變?yōu)?.8，測同步發(fā)電機端電壓和相應的平衡負載電流，測出整條外特性。
    (5)共取數據5～6組并記錄于表5-6中。
       表6    n＝n_N=1500r/min    I_f=     A     cosφ=0.8

U（V）

I（A）

    9、測同步發(fā)電機在純電阻負載時的調整特性
    (1)發(fā)電機接入三相電阻負載R_L，調節(jié)R_L使阻值達最大，電機轉速仍為額定轉速1500 r/min且保持恒定。
    (2) 調節(jié)R_f2使發(fā)電機端電壓達額定值220伏且保持恒定。
    (3) 調節(jié)R_L阻值，以改變負載電流，讀取相應勵磁電流I_f及負載電流，測出整條調整特性。
    (4) 共取數據4～5組記錄于表5-7中。
        表5-7          U=U_N=220V      n=n_N=1500r/min

I（A）
If（A）

五、實驗報告:
    1、根據實驗數據繪出同步發(fā)電機的空載特性。
    2、根據實驗數據繪出同步發(fā)電機短路特性。
    3、根據實驗數據繪出同步發(fā)電機的純電感負載特性。
    4、根據實驗數據繪出同步發(fā)電機的外特性。
    5、根據實驗數據繪出同步發(fā)電機的調整特性。
    6、由空載特性和短路特性求取電機定子漏抗X_σ和特性三角形。
    7、由零功率因數特性和空載特性確定電機定子保梯電抗。
    8、利用空載特性和短路特性確定同步電機的直軸同步電抗X_d(不飽和值)。
    9、利用空載特性和純電感負載特性確定同步電機的直軸同步電抗X_d(飽和值)。
    10、求短路比。
    11、由外特性試驗數據求取電壓調整率ΔU%。
六、思考題:
    1、定子漏抗X_σ和保梯電抗X_p它們各代表什么參數？它們的差別是怎樣產生的？
    2、由空載特性和特性三角形用作圖法求得的零功率因數的負載特性和實測特性是否有差別？造成這差別的因素是什么？